Tau (cząstka)

Poszukiwania tau rozpoczęły się w 1960 r. w CERN przez grupę Bologna-CERN-Frascati (BCF) kierowaną przez Antonino Zichiego. Zichichi wpadł na pomysł nowego sekwencyjnego ciężkiego leptonu zwanego teraz tau i wymyślił metodę jego poszukiwania. W 1969 r. przeprowadził eksperyment w ośrodku ADONE, gdy tylko akcelerator zaczął działać, jednak użyty przez niego akcelerator nie miał wystarczającej energii do poszukiwania cząstki tau.

Cząstka tau została niezależnie przewidziana w pracy Yung-su Tsai z 1971 roku. Dostarczając teorii dla tego odkrycia, tau została wykryta w serii eksperymentów w latach 1974-1977 przez Martina Lewisa Perla wraz z jego i Tsai kolegami w Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) i Lawrence Berkeley National Laboratory (LBL) group. Ich sprzęt składał się z nowego wówczas pierścienia kolidującego
e+
–
e-
, zwanego SPEAR, oraz detektora magnetycznego LBL. Mogły one wykryć i rozróżnić leptony, hadrony i fotony. Nie wykryli bezpośrednio tau, ale raczej odkryli anomalne zdarzenia:

Odkryliśmy 64 zdarzenia w postaci

e+
+
e-
→
e±
+
μ∓
+ co najmniej dwóch niewykrytych cząstek

dla których nie mamy konwencjonalnego wyjaśnienia.

Potrzeba istnienia co najmniej dwóch niewykrywalnych cząstek została wykazana przez niemożność zachowania energii i pędu tylko z jedną. Nie wykryto jednak żadnych innych mionów, elektronów, fotonów ani hadronów. Zaproponowano, że to zdarzenie było produkcją i następującym po niej rozpadem nowej pary cząstek:

e+
+
e-
→
τ+
+
τ-
→
e±
+
μ∓
+ 4
ν

Trudno było to zweryfikować, ponieważ energia do wytworzenia pary
τ+
τ-
jest zbliżona do progu produkcji mezonu D. Masa i spin tau zostały później ustalone dzięki pracy wykonanej w DESY-Hamburg za pomocą spektrometru podwójnego ramienia (DASP) oraz w SLAC-Stanford za pomocą SPEAR Direct Electron Counter (DELCO),

Symbol τ pochodzi od greckiego τρίτον (triton, co oznacza „trzeci” w języku angielskim), ponieważ był to trzeci odkryty naładowany lepton.

Martin Lewis Perl dzielił Nagrodę Nobla z fizyki w 1995 roku z Frederickiem Reinesem. Ten ostatni otrzymał swoją część nagrody za eksperymentalne odkrycie neutrina.